Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben een revolutionair nieuw type beton ontwikkeld dat niet alleen de structurele prestaties verbetert, maar ook actief kooldioxide (CO2) uit de atmosfeer opneemt. Deze innovatie, die 3D-printtechnologie combineert met diatomeeënaarde (DE) en triply periodic minimal surfaces (TPMS), biedt een duurzamer alternatief voor conventioneel beton, dat verantwoordelijk is voor ongeveer 9% van de wereldwijde broeikasgasemissies.
Het nieuwe betonmengsel kan tot wel 142% meer CO2 absorberen dan standaard betonmengsels, terwijl het cementgehalte wordt verminderd. De sleutel tot dit succes ligt in de diatomeeënaarde, een materiaal afkomstig van gefossiliseerde microscopische algen. De poreuze, sponsachtige structuur van DE is essentieel voor het vangen van CO2 en verbetert tegelijkertijd de stabiliteit van het beton tijdens het 3D-printproces. Een opmerkelijk aspect van dit onderzoek is dat een toename in oppervlakte en porositeit, die normaal gesproken de sterkte zou verminderen, hier juist leidde tot een sterkere structuur over tijd.
Daarnaast hebben de onderzoekers complexe geometrische structuren, bekend als TPMS, geïntegreerd. Deze structuren, geïnspireerd door natuurlijke vormen zoals koraal en botten, maximaliseren de interne oppervlakte en stijfheid, terwijl ze het materiaalgebruik minimaliseren. Tests hebben aangetoond dat 3D-geprinte componenten met deze technologie 68% minder materiaal gebruiken dan traditionele betonnen blokken, met een meer dan 500% toename in de verhouding tussen oppervlakte en volume. Een TPMS-kubus behield 90% van de druksterkte van een massieve versie en behaalde een 32% hogere CO2-opname per eenheid cement.
De milieu-impact van conventioneel beton is aanzienlijk. De productie van cement, een hoofdbestanddeel van beton, is verantwoordelijk voor een groot deel van de CO2-uitstoot. Innovaties zoals deze van de Universiteit van Pennsylvania zijn cruciaal om de bouwsector duurzamer te maken. Diatomeeënaarde zelf wordt al langer erkend als een aanvullend cementgebonden materiaal dat eigenschappen zoals sterkte en weerstand tegen chemische aantasting kan verbeteren. Het gebruik ervan kan de kosten van beton en de CO2-uitstoot tijdens de productie verminderen.
Het team werkt momenteel aan het opschalen van deze technologie voor grotere structurele elementen, zoals vloeren, gevels en dragende panelen. Er wordt ook gekeken naar toepassingen in mariene infrastructuur, zoals kunstmatige riffen. De hoge interne oppervlakte van het DE-TPMS-beton bevordert de hechting van zeeorganismen, terwijl het materiaal passief CO2 uit het omringende water absorbeert. Dit toont de veelzijdigheid en het ecologische potentieel van dit innovatieve materiaal aan, wat een belangrijke stap voorwaarts betekent in de zoektocht naar duurzame bouwoplossingen.